更好的抗锯齿处理
高速数字(HSD)发送(Tx)和接收(Rx)电路按照IBIS标准建模为IBIS- ami模型，并在SerDes通道模拟器中使用相关的SerDes通道来评估其系统裕度。开云体育官网登录平台网址通常，SerDes通道是用s参数定义的，这可能会导致通道模拟器用具有过多高频混叠的脉冲响应建模通道。定义了用于信道模拟器的原始和更好的抗混叠过程，以消除高频混叠的负面影响，而不损害信道表征的完整性。该过程保留了s参数的保真度，直到其最高频率，同时消除高频混叠在更高的频率，没有增加延迟。
本文首先概述了高频混叠问题在工业标准符合性测试的背景下，SerDes系统的例子没有和使用所提出的抗混叠算法(AAA)，然后讨论了AAA。
信道模拟器中的高频混叠
根据IBIS开放论坛标准(目前为7.1版)，在通道模拟器中使用SerDes通道和IBIS- ami模型来表示SerDes系统。开云体育官网登录平台网址
图1显示了要使用通道模拟器模拟的典型SerDes系统框图。
此框图对于任何通道模拟器(CS)都是通用的，但是每个工具都有其特定的方式来表示此框图。
所有信道模拟器都将总信道转换为脉冲响应(IR)。在不同的CS工具中设置SerDes系统设计时的一个关键问题是，每个CS工具不会生成相同的IR。这一事实已经被许多人观察到，特别是赛灵思公司的Romi Mayder在2015年设计大会上报道了业界排名前6位的EDA CSs。这篇论文虽然过时了，但今天仍然适用。更多的观测结果已被发布在[2][3][4]网站上。
一些CS工具产生的红外具有高水平的高频混叠。当使用具有输入连续时间线性均衡器(CTLE)的Rx IBIS-AMI模型时，这不是问题，该均衡器可以将高频混叠衰减到足够低，从而不影响Rx IBIS-AMI输出结果。
但是，我的SerDes系统需要使用直通Rx IBIS-AMI模型进行特性描述，以便可以根据行业测试需求评估Tx IBIS-AMI模型。
例如，考虑通用串行总线4 (USB4™)路由器组件电气符合性测试规范[5]。
此外，请考虑VESA DisplayPort™PHY合规测试标准[6]。
图3。DisplayPort互连系统中的四个理想测量点
在两幅图中，四个测试点的识别如下:
TP1 -在Tx IBIS缓冲区输出的参考测量点。
TP2 -位于连接到路由器组件TX输出的USB Type-C插头上的参考测量点。用作定义路由器组件TX的参考点。
TP3 -位于无源电缆远端USB Type-C插座输出端的参考测量点。用作被动安装的参考点。
TP4 -位于Rx IBIS缓冲输入的参考测量点。
所有这些测试点不包括Rx电路，这将包括任何高频混叠的低通滤波。
因此，在SerDes CD工具中进行的测试在其IR中显示出高频混叠，可能导致误导性的CS结果，并可能不符合行业标准要求。
Serdes系统示例
本文考虑了三个SerDes系统示例。由于重点放在SerDes总通道IR上，所有系统都使用直通Tx和Rx IBIS- ami模型和s参数文件来定义Tx IBIS缓冲区、Tx路由器组件输出和通道无源电缆。
所有示例都使用20gbps的NRZ信令，每比特32个采样。这意味着采样率= 640ghz，最大频率为320ghz。每个例子的红外图像都是在一个商用CS上获得的，它的时域脉冲、脉冲频域特性和眼密度图都是在没有AAA和有AAA的情况下观察到的。使用AAA，消除了高频混叠，没有延迟红外，同时保留了低于s参数最大频率的红外特性。所有红外显示器都具有归一化的时域数据，使得单位脉冲由单位振幅和归一化的频域数据定义，使得单位脉冲在0 Hz时具有0 dB增益。IBIS-AMI标准参考单位脉冲在一次步长间隔内具有单位面积。从CS工具收集的所有IR响应，以及应用的AAA，都显示在Keysight SystemVue工具中，以便进行一致的比较。
AAA过程将CS IR转换为频域，匹配最大s参数频率(本例中为20 GHz)以下的特性，并重新制定该频率以上的特性，以消除高频混叠，同时保留因果时域响应。
示例1:使用s参数定义的IBIS缓冲器的Tx，最大频率为20 GHz, Nyquist (10 GHz)损耗为1.3 dB。
图4显示了无AAA和有AAA时的时域和频域的CS IR。
可以看出，在红外中有很多高频混叠。然而，IR w AAA没有高频混叠，没有额外的处理时间延迟。
图5为无AAA和有AAA的CS IR眼密度图。
可以看到，没有AAA的红外眼密度有很多高频混叠效应，使眼密度无法使用。具有AAA的IR具有更清晰和可用的眼密度图。
图6使用CS工具抗混叠滤波器(AAF)将AAA响应与CS工具IR进行比较，该滤波器的时间点数= BR*SPB/BW = 32;其中BR =比特率(20 Gbps)， SPB = SamplesPerBit(32)和BW =最大s参数频率(20 GHz)。
可以看出，与具有AAA的CS IR相比，具有AAF的CS IR在时域脉冲中具有过度的滚降和降低的保真度。
图7显示了这两个病例的眼密度图。
可以看出，虽然带AAF的CS红外降低了高频混叠，但其眼密度图具有误导性的保真度。
示例2:带有IBIS缓冲器和Tx路由器组件输出的Tx都定义为s参数，最大频率为20 GHz, Nyquist (10 GHz)损耗为7.5 dB。
图8显示了无AAA和有AAA时的时域和频域的CS IR。
图8。例2:无AAA和有AAA时的时间(左)/频率(右)域的CS IR。
可以看出，在红外中有很多高频混叠。然而，IR w AAA没有高频混叠，没有额外的处理时间延迟。
图9为无AAA和有AAA的CS IR眼密度图。
可以看出，没有AAA的红外眼密度具有显著的高频混叠效应，使眼密度无法使用。具有AAA的IR具有更清晰和可用的眼密度图。
示例3:带有IBIS缓冲器和Tx路由器组件输出的Tx和通道无源电缆均定义为s参数，最大频率为20 GHz, Nyquist (10 GHz)损耗为21 dB。
图10显示了无AAA和有AAA时的时域和频域的CS IR。
可以看出，在红外中有很多高频混叠。然而，IR w AAA没有高频混叠，没有额外的处理时间延迟。
有了这个高损耗通道，眼睛是闭着的，眼密度图在这里没有显示。
上面的讨论主要集中在使用直通Rx IBIS-AMI模型的SerDes系统上，因为感兴趣的测试点在任何Rx电路之前，这是每个行业标准所要求的典型。上面的示例是针对Tx IBIS缓冲区输出、Tx路由器组件输出和接收器前远端无源电缆输出的测试用例。
这些例子显示了高频混叠的影响和使用AAA消除高频混叠的影响，而不损害固有的基于s参数的信道。
在所有示例中，AAA过程匹配低于最大s参数频率(本例中为20 GHz)的CS IR特性，并重新制定该频率以上的特性，以消除高频混叠，同时保留因果时域响应。
如前所述，当使用Rx IBIS-AMI模型时，Rx CTLE可以衰减高频混叠，则不需要这种AAA方法。
抗混叠算法(AAA)讨论
采用SerDesDesign.com的s参数数据技术，AAA已经使用了10多年。它已被用于提供免费的高质量通道模拟和免费的工具，以克服固有的s参数文件限制。
s参数数据虽然是在物理设备上测量的，但由于有限的频谱带宽、离散的频谱频率和可能的测量噪声，在时域上是非因果的。所有使用s参数数据的时域工具都需要对s参数数据中的这些非因果/非物理效应进行校正，以获得频域数据的有意义的因果时域表示。不幸的是，许多公司采用频域到时域的转换方法，这可能导致不受欢迎的高频混叠。
是德科技使用的一种不会导致高频混叠的方法见[7]。是德科技的做法与AAA级游戏既有相似之处，也有不同之处。
它们都依赖于外推s参数震级数据超过最大s参数频率(F-smax)到所需的采样奈奎斯特频率(F-max)。在我们上面的例子中，s参数最大频率为20 GHz，采样奈奎斯特频率为20e9*32/2 = 320 GHz。
他们的外推方法不同。是德科技的方法使用4th阶多项式从F-smax向F-max外推数据。AAA回答基于科学方法外推s参数数据的最终斜率并推导相位。
它们都依赖于使用Kramers-Kronig关系，该关系表明因果响应的实部和虚部由以下希尔伯特变换相关:
地点:
- U和v是谱的实部和虚部
- P是柯西主值。
然而，它们在将外推数据转换为因果数据的方法上有所不同。
Keysight的方法依赖于迭代方法来优化外推数据th阶多项式使实谱的希尔伯特变换与外推数据的虚部之间的误差最小。
AAA并不依赖于任何迭代方法。相反，它从震级响应中推导出外推区域的相位。正如上述Kramers-Kronig关系所示，因果反应的实部和虚部是相关的。同样，也可以证明，在某些条件下，因果反应的大小和相位是相关的。这种关系表明，相移是通过对对数幅值图的斜率与权重因子的乘积进行积分得到的，该权重因子随着积分频率离评价频率越远而减小。进一步调整幅度和相位，以确保满足Kramers-Kronig关系的要求。这不是一个迭代过程。
AAA已经使用了超过10年的SerDesDesign.com技术，用于将s参数数据转换为其在时域中的等效因果表示。AAA保留了s参数最高频率的保真度，同时消除了更高频率下的高频混叠，没有增加延迟。
结论
HSD发送(Tx)和接收(Rx)电路按照IBIS标准建模为IBIS- ami模型，这些模型与SerDes通道模拟器中的相关SerDes通道一起使用，以评估其系统裕度。开云体育官网登录平台网址通常，SerDes通道使用s参数定义，这可能导致通道模拟器使用具有过多高频混叠的IR对通道进行建模。定义了一种用于CSs的原始和更好的抗混叠过程，以消除高频混叠的负面影响，同时不影响通道表征的完整性。该过程保留了s参数最高频率的保真度，同时消除了更高频率下的高频混叠，没有增加延迟。
本文首先概述了行业标准符合性测试背景下的高频混叠问题，介绍了SerDes系统在不使用AAA和使用AAA的情况下的示例，然后讨论了AAA。
本文提出了一种有效的消除高频混叠而不影响s参数信道固有特性的方法(AAA)。开云体育官网登录平台网址
使用AAA，任何信道模拟器都可以消除高频混叠，为用户提供更好的SerDes系统仿真环境。
鸣谢
感谢Blake Gray和Silicon Creations使用他们的CS工具进行通道模拟。
参考文献
- Mayder, R.等(2015)。六个EDA平台上IBIS-AMI模型的仿真(1 - 96)。DesignCon 2015。
- Baprawski,约翰。SerDes通道脉冲建模与Rambus。2016年9月24日。
- Baprawski,约翰。SerDes通道脉冲建模与SignalMetrics。2016年9月24日。
- Baprawski,约翰。2022年5月17日。克服信号完整性信道建模问题。信号完整性杂志。
- 通用串行总线4 (USB4™)路由器组件电气符合性测试规范。USB Implementers Forum, Inc. 2021。
- VESA DisplayPort™PHY合规测试标准。视频电子标准协会。2007年9月14日。
- 是德科技数据完整性检查和执行
